上軟下硬的復雜地層中地下連續墻成槽施工技術

羅反蘇 潘岸柳 羅努銀 習智琴

中建五局土木工程有限公司 湖南 長沙 410004

目前，在地下工程建設中，地下連續墻的應用范圍已從單純的擋土墻和防滲墻發展到作為地下主體結構或至少作為地下主體結構的一部分，用來直接承受上部結構荷載，隧形成了集擋土、承重和防滲于一體的“三合一”地下連續墻[1]。而地鐵車站深基坑工程往往多處于城市重要位置，周邊地質條件及環境復雜，特別是地面建筑物林立、地下市政管線錯綜復雜、基坑開挖深度大、地下結構復雜等問題[2]，給地鐵車站的基坑施工帶來種種困難。因此，地下連續墻的施工質量直接決定了整個基坑的安全性能，并直接影響到后續車站主體結構施工質量，如何保證地下連續墻施工質量、確保成槽效率、降低施工風險，是整個地鐵車站施工過程的關鍵所在[3-5]。

1 工程概況

長沙某地鐵站位于萬家麗路與緯二路交叉口，跨路口沿萬家麗東側南北布置。本車站為地下3層島式站臺，車站主體采用明挖順作法施工，圍護結構采用“地下連續墻＋內支撐”的支護形式。車站基坑全長138.4 m，標準段基坑寬21.9 m，深約24.2 m，設地下連續墻共62幅，地下連續墻深度為26.74～27.28 m。標準段地下連續墻寬6.0 m、厚0.8 m。

車站地層從上往下依次為：素填土，雜填土，粉質黏土，粉土，粉細砂，中粗砂，圓礫，卵石，殘積粉質黏土，強、中風化泥質粉砂巖，強、中風化礫巖，存在部分凸出的花崗巖。中風化層基本為極軟巖-軟巖，風化程度較弱，節理或裂隙較發育，質地堅硬，強度較高，工程性狀較好，為典型的“上軟下硬”地層。

2 地下連續墻施工難點

2.1 地質、周邊環境原因

前期根據地質詳勘報告分析，采取了“成槽機＋旋挖鉆”的施工工藝，即一幅槽段先用旋挖鉆施工引孔，引孔施工完畢后采用成槽機抓至槽底。但施工時發現：旋挖鉆引孔時，因巖層過厚，且存在斜坡巖，在入巖之后出現偏孔的現象；在引孔完成后成槽機施工時，因巖層過厚且巖體強度過高，成槽機加壓至最大時，仍難以在巖層段達到理想的工效，耗時2個月以上依然無法成槽。同時，地下連續墻又緊鄰高架橋和建筑物，采用重型沖擊錘勢必對高架橋和周邊建筑物造成擾動，導致地表沉降，甚至橋樁下沉、房屋開裂。該地鐵線路另一站點試用沖擊錘即造成橋樁沉降報警，緊急叫停；該站點在使用沖擊鉆時也多次因噪聲問題遭受市民投訴。因此，地下連續墻成槽是本工程施工的難點。

2.2 場地、管線原因

該地鐵站位于緯二路與萬家麗路十字路口處，周邊規劃以居民、商業用地為主。站位東側及南北側為5～6層居民樓，西側為萬家麗快速高架橋。車站南端距最近的居民樓3.5 m，車站北端距離最近的居民樓4.1 m，西側高架橋墩距車站主體外輪廓最近為11.8 m，距離橋面邊緣垂直距離約2.2 m。施工場地有限，且地下管線復雜，管線遷改工期滯后。同時，地下連續墻施工時，機械設備時常處于飽和狀態，機械協調難度極大，嚴重影響目標工期。

3 地下連續墻成槽施工技術

3.1 地下連續墻成槽施工應對措施

針對旋挖鉆引孔偏孔、成槽機入巖困難的問題，采取的主要措施為：

1）第1階段：考慮到旋挖鉆引孔易偏孔，擬采用沖擊鉆引孔，并將一個槽段分為主孔和副孔（圖1），先施工全部主孔，后施工副孔，在主、副孔均施工完成后采用成槽機修孔，這樣成槽工效得到一定提升且成槽質量有明顯改善。但由于一幅槽段主孔和副孔相加共8個孔，如單采用沖擊鉆施工一幅槽段，該槽段最多布置2臺沖擊鉆，且在施工副孔時發現，沖擊錘易側滑，而該處地層還具有黏性較高的特點，沖擊鉆錘頭被黏土包裹后，沖擊效率大幅降低，沖擊鉆成孔效率有限，雖提升了部分工效，但仍不能滿足工期要求，導致工期仍滯后。

2）第2階段：為縮短成槽的時間，進場一臺雙輪銑，并退場成槽機，但經過2幅槽段的施工，發現效率提升依然有限，主要原因是雙輪銑2個滾筒在施工過程中結泥餅糊輪現象嚴重，需頻繁使用高壓水槍配合清理滾筒，每次清理耗時2 h以上。

3）第3階段：采用“旋挖鉆＋成槽機＋雙輪銑＋沖擊鉆”的成槽施工工藝，期間經過現場多次反復組合使用，摸索出一套最為有效的措施，即施工時，首先一幅槽段布置4個引孔（首開槽段為5個），引孔采用旋挖鉆施工，引孔施工完成后土層采用成槽機施工，施工至入巖段后采用雙輪銑施工，成槽機和雙輪銑的寬度均為2.8 m，一幅槽段分三刀，先兩邊后中間，最后采用沖擊鉆或成槽機修孔及抓取沉碴。在施工過程中因先施工了旋挖鉆引孔，雙輪銑齒輪滾動時底部沉碴被帶入引孔內，從而降低了雙輪銑滾筒被糊輪結泥餅的頻率，加入旋挖鉆與雙輪銑配合施工之后，相對于第1階段施工，大大提高了工效。

該地鐵站地下連續墻施工工藝流程具體為：測量放樣→導墻澆筑→配制泥漿→導墻內灌入泥漿→旋挖鉆機到位→引孔施工完成→成槽機就位，抓至巖層→土層施工完成→雙輪銑槽機就位→成槽→細抓清底→鋼筋籠吊放→導管安裝→泥漿置換→混凝土澆筑。

圖1 槽段主副孔劃分示意

3.2 雙輪銑施工原理

銑槽機是一個帶有液壓和電氣控制系統的鋼制框架，底部安裝3個液壓電動機，水平向排列，兩邊電動機分別帶動2個裝有銑齒的滾筒。銑槽時，2個滾筒低速轉動，方向相反，其銑齒將地層圍巖銑削破碎，中間液壓電動機驅動泥漿泵，通過銑輪中間的吸砂口將鉆掘出的巖渣與泥漿排到地面泥漿站進行集中處理后返回槽段內，如此往復循環，直至終孔成槽。銑槽機的垂直度應與槽段軸線一致，并由2個獨立的測斜儀監測，其數據由駕駛室內的電腦處理并顯示在液晶屏上，從而使駕駛員可隨時監控，并通過改變銑槽機的轉速來實現對銑槽機垂直度的調整。

開槽前核對地下連續墻編號、段幅分界線，施工時采用跳躍開挖的方法。銑槽機單孔銑槽尺寸2.8 m，每幅地下連續墻槽段先銑兩端，再銑中間剩余部分（圖2）。

3.3 地下連續墻組合成槽工藝

本場地除少部分拐角區域使用“沖擊鉆＋雙輪銑”施工外，大部分施工段成槽施工采用“旋挖鉆＋成槽機＋雙輪銑＋沖擊鉆”組合施工。其施工步驟如下：

1）旋挖鉆施工前要嚴格找平，并通過測量確定每幅地下連續墻兩端孔位，場地條件允許時，應將旋挖鉆橫跨導墻布置。

2）通過兩端孔位放出每個主孔位置，采用旋挖鉆對孔位進行開挖，直至孔底標高。注意旋挖鉆施工時應盡量避免偏孔，如有少量偏移，可在后續成槽機及雙輪銑施工時快速糾正。

3）采用成槽機進行抓槽施工，直至達到巖層上方1～2 m處停止施工，改成雙輪銑銑槽施工。

4）雙輪銑施工至成槽深度滿足設計的要求，同一槽段內槽底深度必須一致且保持平整。同時保證槽段垂直度的要求。

5）最后使用沖擊鉆或成槽機修理槽段接頭并清底。

地下連續墻成槽施工時，為使每一個施工槽段有充分的時間達到強度要求，同時又不影響工程整體進度，成槽施工采用單元跳躍式進行。根據本工程的地質條件，一般安排2個開口槽段，2個開口槽段之間至少間隔2個以上的槽段，槽段的開挖順序同樣為跳躍式成槽，一般為隔2孔施工，以保證不會有2個相鄰槽段依次施工。

成槽施工采用泥漿護壁工藝，液面高出地下水位0.5 m以上。成槽施工中，受污染的泥漿隨時抽出，進入沉淀池沉淀，槽內隨時補充新的泥漿，當泥漿相對密度大于1.25、黏度大于50 s時，應作為廢棄泥漿處理。一幅槽段配備1臺旋挖鉆、2臺沖擊鉆、1臺成槽機、1臺雙輪銑，旋挖引孔需要5 d左右，成槽機及雙輪銑分三刀銑槽，標準槽段需4 d左右，修邊及清底1 d，所以平均一段槽需10 d成槽，極大地提高了成槽效率，有效縮短了工期。而之前的旋挖鉆機與沖擊鉆機配合，成孔時間達2個月以上，工效極低。

圖2 雙輪銑銑槽

3.4 存在問題及解決措施

3.4.1 雙輪銑磨損嚴重

雙輪銑在施工至20 m以下巖層時，由于存在部分中風化礫巖甚至高強度花崗巖，易導致雙輪銑截齒、耐磨塊、導向環、擺尺破損，需要頻繁更換配件，導致機械的維修費用增加。因此，在地下連續墻施工前應做好地質情況的勘察工作，對于不確定的地質情況及時進行補勘，探明地層分布，選擇合理的滾筒配件。

3.4.2 成槽過程易坍孔

初始階段下穿雜填土、淤泥質粉質黏土、粉土、粉質黏土時，成槽過程容易出現坍孔。同時，在雙輪銑銑槽過程中，由于砂卵石層過厚（部分槽段達到6～7 m），且雙輪銑施工過程中的擾動、附近槽段沖擊鉆施工的擾動也會導致砂卵石層出現坍孔。因此，在施工過程中，首先根據地層的變化，增大泥漿相對密度和提高泥漿黏度，提高槽內泥漿壓力和形成泥皮的能力，防止泥漿沉淀；其次，保證泥漿的循環，并使用新泥漿，對于廢棄泥漿及時更換，保證泥漿的相對密度及泥漿液面高度；最后，增加成槽過程中對周圍建筑物沉降和位移以及地面沉降的監測頻次，及時反饋監測信息，并制訂相應的應對措施。

4 結語

1）在地質條件特殊以及場地制約的情況下，應當充分考慮機械的特性，根據機械的特點來分工，通過調整各種機械配合的方式，發揮各類機械的長處，提高施工質量及施工工效[6-8]。同時，在施工過程中，嚴格控制過程中的技術要求。對于施工過程中易出問題的階段，應安排專人盯控，并在出現問題后積極處理，避免因為技術失誤導致的怠工、返工出現。

2）該地鐵站地質條件復雜、巖層分布不均、巖層強度大，前期采用成槽機為主要施工機械，成槽效率低，施工困難。采用沖擊鉆施工后，因場地原因，機械設備滿負荷后，仍不能達到理想工效。而后旋挖鉆、雙輪銑進場并采用4種機械配合施工，根據地質條件的不同，選擇相應的機械，解決了普通成槽機無法克服高黏度堅硬地層以及場地條件的問題，縮短了施工工期，大大提高了成槽效率與質量。